模拟电子技术基础教学课件作者陈梓城第2章

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1、第二章 分立元件放大电路,2.1 共射基本放大电路,2.2 分压式工作点稳定电路,2.3 分立元件放大电路的分析方法,2.4 共集电路和共基电路,2.5 场效应管及其放大电路,2.6 多级放大器,2.7 共射放大电路的频率特性,一、BJT放大电路的基本要求,2.1 共射基本放大电路,要使BJT放大电路完成预定的放大功能，必须满足以下要求： (1)有直流电源。三极管Je正偏，Jc反偏，工作在放大区。 (2)输入信号能输入。 (3)输出信号能输出。 (4)信号不失真地放大，满足放大电路的性能指标要求。,2.1.1 放大电路的基本要求及主要性能指标,1放大倍数（Amplification）,放大倍数

2、是衡量放大电路放大能力的指标，常用A表示。放大倍数可分为电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数等。放大电路框图如图2.1.1所示。,二、放大电路的主要性能指标,图2.1.1 放大电路框图,放大电路输出电流与输入电流之比，称为电流放大倍数。,工程上常用对数来表示放大倍数，称为增益G，单位为分贝 （dB），常用的有 Gu=20lgAu Gi=20lgAi,放大电路输出电压与输入电压之比，称为电压放大倍数,相当于信号源的负载， 越大，信号源的电压更多地传输到放大电路的输入端。在电压放大电路中，希望大一些。,2输入电阻（Input resistance） 输入电阻就是向放大电路输入端看进去的交流等效

3、电阻，在数值上等于输入电压与输入电流之比，即,3输出电阻（Output resistance）,图2.1.2 输出电阻的求法,输出电阻就是从放大电路输出端（不包括负载）看进去的 交流等效电阻。输出电阻的求法如图2.1.2所示，即先将信号源 短路，保留内阻，将负载开路，在输出端加一交流电压uo，产 生电流io，输出电阻等于uo与io之比，即,图2.1.3 共射放大电路组成 （a)双电源电路 （b)实际电路,2.1.2 共射基本放大电路的组成、工作原理,一、共射基本放大电路的组成,1静态工作原理,2动态工作原理,当正弦信号输入时，电路中各处的电压、电流是变动的，电路处于交流状态或动态工作状态，简称

4、动态。简言之，动态就是在静态值的基础上叠加了变化的交流值。,二、工作原理,3分析放大电路注意事项,（1）三极管电流和电压都是在直流量上叠加随输入信号变化的交流量，放大电路中交、直流并存。 （2）符号的含义： 小写字母小写下标（如ube，ic）为交流量； 大写字母大写下标（如UBE，IC）为直流量； 小写字母大写下标（如uBE，iC）为总的瞬时量（直流交流）； 大写字母小写下标（如Ube，Ic）为有效值。,2.1.3 直流通路与交流通路,放大电路的分析包括静态分析（Quiescent analysis）和动态分析（Dynamic analysis）。两者比较如下表所示。,直流、交流通路及其画法,

5、图2.1.5 共射基本放大电路及其直流通路和交流通路 （a)共射放大电路 （b）直流通路 （c）交流通路,将BJT随意组成电路不一定能起放大作用。能否放大，一般通过直流通路和交流通路对照放大电路基本要求加以判别。,例题 当输入电压为正弦波时，图2.1.6所示三极管有无放大作用？,解：在图（a）的电路中，VBB经Rb向三极管的发射结提供正偏电压，VCC经RC向集电结提供反偏电压，因此三极管工作在放大区，但是，由于VBB为恒压源，对交流信号起短路作用，因此输入信号加不到三极管的发射结，放大器没有放大作用。 图（b）的电路，由于C1的隔断直流作用，VCC不能通过Rb使管子的发射结正偏即发射结零偏，因

6、此三极管不工作在放大区，无放大作用。,2.1.4 共射基本电路的静态工作点,一般，三极管的UBE可视为已知量，硅管UBE取0.7V，锗管UBE取0.2V，VCCUBE。 (1)从图2.1.4（b）所示共射基本电路的直流通路输入回路可得：VCC = IBRb+UBE，则 IBQ=（VCCUBEQ）/RbVCC/Rb 当VCC和Rb选定后，偏流IB即为固定值，故共射基本电路又称为固定偏流电路。 (2)若三极管工作在放大区，且忽略ICEO，则 ICQIBQ， (3)从输出回路可得： UCEQ=VCCICQRc,2.2.1 温度对静态工作点的影响,2.2.2 分压式工作点稳定电路的组成,2.2 分压式

7、工作点稳定电路,图2.2.1 分压式射极偏置电路,静态工作点估算,2.3.1 工程估算法,2.3 分立元件放大电路的分析方法,工程估算法也称近似估算法（Approximata evaluation），是在静态直流分析时，列出回路中的电压或电流方程用来近似估算工作点的方法，上两节图2.1.4、图2.2.1的静态工作点求解，就应用了近似工程算法。,2.3.2 放大电路图解分析,在三极管的特性曲线上直接用作图的方法来分析放大电路的工 作情况，称之为特性曲线图解法，简称图解法（Graphical analysis method）。它既可作静态分析，也可作动态分析。,一、静态分析,图2.3.1 放大电路

8、的静态工作图解 （a)直流通路的分割 （b)图解分析,(1)列输入回路方程，求IB。,(2)在三极管的输出特性曲线上找出 对应的曲线。,本例就是如图2.3.1（b）所示iB=IB=40A的那一条输出特性曲线。,(3)根据KVL可列出输出回路方程，亦即输出回路的直流负载线方程。,(4)求特殊点 设iC=0，则uCE= Vcc=12V，横坐标轴上得截点M（12V，0）； 设uCE=0， 则iC= Vcc/Rc=3mA，在纵坐标轴上得截点N（0，3mA）。,（5） 连接M、N得到直线MN，即直流负载线。 其斜率为（1/Rc）。,（6）直流负载线与 那条输出特性曲线的交点Q，就是静态工作点Q。,（7）

9、从图上读Q点所对应的电流、电压值就是静态工作点的ICQ、UCEQ值。 由图2.3.1（b）可读得UCEQ=6V，ICQ =1.5mA。,二、动态分析,图2.3.2 动态工作图解 （a）由输入特性求iB （b）由输出特性求iC、u CE,三、静态工作点对输出波形的影响,输出信号波形与输入信号波形存在差异称为失真。由于三极管特性的非线性造成的失真称为非线性失真（Nonlinear distortion），分为截止失真和饱和失真。由于三极管在部分时间内截止而引起的失真，称为截止失真。由于三极管在部分时间内饱和而引起的失真，称为饱和失真。,图2.3.3 波形失真 （a)截止失真 （b）饱和失真 （c）

10、截顶失真,由此可知，Q点选择不当会引起失真，概括如下表：,为了减小或避免非线性失真，必须合理选择静态工作点位置，一般选在交流负载线的中点附近，同时限制输入信号的幅度。,四、图解法的适用范围,图解法的优点是能直观形象地反映三极管工作情况，但必须实测所用管子的特性曲线，且用它进行定量分析时误差较大，此外仅能反映信号频率较低时的电压、电流关系。 因此，图解法一般适用于输出幅值较大而频率不高时的电路分析。在实际应用中，多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压、失真情况及低频功放电路等。,2.3.3 微变等效电路分析法,一、三极管的微变等效模型（Small signal equivalent circui

11、t）,所谓“微变”是指微小变化的信号，即小信号。在低频小信号 条件下,工作在放大状态的三极管在放大区的特性可近似看成线性 的。这时，具有非线性的三极管可用一线性电路来等效,称之为微 变等效模型。,图2.3.4 三极管简化微变等效电路,二、三极管放大电路的微变等效电路分析,三极管的微变等效电路分析法只能用于放大电路的动态分析， 而不能用于静态分析。画出图2.1.4a所示共射基本放大电路的微变 等效电路如图2.3.5所示。,图2.3.5 基本共射电路的微变等效电路,1、电压放大倍数的估算,2、输入电阻和输出电阻的估算公式 Ri=Rbrberbe Ro=Rc,2.4.1 共集电路的组成、工作原理及其

12、应用,共集电极电路电原理图和交流通路如图2.4.1所示。从交流通路中可以看出，信号从基极输入，从发射极输出，集电极是输入、输出回路的公共端，故称为共集电极电路。由于被放大的信号从发射极输出，故又名“射极输出器”。,2.4 共集电路和共基电路,图2.4.1 共集电路 （a）原理电路 （b）交流通路,一、电路组成,二、工作原理,电源VCC给三极管V的集电结提供反偏电压，又通过Rb给发射结提供正偏电压，使V工作在放大区。ui通过输入耦合电容C1加到V的基极，uo通过输出耦合电容C2送到负载RL上。,三、电路静态分析 VCCIBRbUBEIERe，又IE=(1+)IB 则,IC =IB UCE = V

13、CCIEReVCCICRe 共集电路求Q点思路：IB(IE)ICUCE。 Re有稳定静态工作点的作用，当IC因温度升高而增大时，Re上的压降（IERe）上升，导致UBE下降，牵制了IC的上升。,四、共集电路性能指标估算及其应用,（1）由于输入电阻高，故用作高输入电阻的输入级。 （2）由于输出电阻低，可提高带负载能力，稳定输出电压，故用作低输出电阻的输出级。 （3）因Au1，可以隔离前后级的影响，起阻抗变换和缓冲作用，故用作多级放大电路的中间级。,2.4.2 共基电路简介,图2.4.2 共基电路 （a）原理电路 （b）交流通路,共基极放大电路如图2.4.2（a）所示，其中Rc为集电极电阻，Re为

14、发射极偏置电阻，Rb1、Rb2为基极分压偏置电阻，构成分压式偏置电路。大电容Cb使基极对地交流短路。 其交流通路如图2.4.2（b）所示，信号从发射极输入，从集电极输出，基极是输入、输出回路的公共端。,1求Q点,共基电路的直流通路与共射分压式工作点稳定电路的直流通路完全相同，静态工作点的求法与之相同。 思路：UBIE ICUCE。,2共基电路的性能指标估算,3特点及适用场合 共基电路允许的工作频率较高，高频特性较好，多用于高频和宽频带电路和恒流源电路中。,Ro=Rc,共射、共基、共集电路比较,场效应管(Field effect transistor，简称FET)是仅由多数载流子参与导电的半导体

15、有源器件，它是一种由输入信号电压来控制其输出电流大小的半导体三极管，为电压控制器件。,(1)FET的主要特点 输入电阻非常高，输入端基本不取电流，噪声低，受温度、辐射影响小，制造工艺简单，便于大规模集成。,2.5 场效应管及其放大电路,(2)FET的分类 按结构划分：结型场效应管（Junction field effect transistor,简称JFET）和绝缘栅型场效应管（Insulated gate field effect transistor，简称IGFET）。绝缘栅型场效应管有增强型和耗尽型两类。不论结型或增强型耗尽型绝缘栅场效应管，它们又有N沟道和P沟道两种。,2.5.1 增强型绝缘栅型场效应管的结构及其工作原理,一、结构和符号,增强型绝缘栅场效应管的结构示意图和电路符号如图2.5.1所示。其中图（a）为N沟道结构示意图。 它以一块掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底，利用扩散工艺在P型衬底上面的左右两侧制成两个高掺杂的N区，并用金属铝在两个N区引出电极，分别作为源极（Source）s和漏极（Drain）d；然后在P型硅片表面覆盖一层很薄的二氧化硅（SiO2）绝缘层，在漏源极之间的绝缘层上再喷一层金属铝作为栅极（Gate）g； 另外在衬底引出衬底引